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` ` ~ 26
CL/NV
F 11144/11200
LM/DLA~RLA .
3 pl.
BREVET D'INVENTION
~ .
DISPOSITIF POUR CREER UNE DECHARGE ELECTRIQUE DANS UNE EIGNE ELECTRIQUE PLATE
Invention de Brwno GODARD
.: '
Société Anonyme dite
COMPAGNIE GENERALL D'ELECTRICITE
~.
La présente invention concerne un dispositif pour créer
une décharge électrique dans une ligne électrique plate et plus particu~
lièrement un dispositlf pour créer une décharge électrique dans une
ligne électrique plate en vue d'exciter ur. générateur laser à gaz.
On sai~ qu'une ligne électrique plate e~t essentiellement
formée d'une plaque isolante interposée entre deux feuilles ~étalliques
portées à de~ potentiels électriques différents. Il est connu de créer
une décharge électrique dans une ligne de ce type à 1'aide d'un dispositif
comportant deux électrodes opposée situées respectivement de part
,. ~ . . ~ . , . ~
~ ~25~ 2.
et d'autre de la ligne et connectées respectivement aux deux ~euilles
métalliques de la ligne. Ces électrodes sont généralement alignées
suivant un axe perpendiculaire au plan de la li~ne, cet axe coupant
la ligne à l'intérieur d'une percée transversale. Ce dispositif est
muni d'un système capable de déclencher une décharge électrique entre
le~ deux électrodes. La décharge provoque la ~ormation d'une onde
de courant se propageant dans la ligne. Cette onde de courant permet
d'exciter le matériau acti~ d'un laser à gaz disposé par exemple dans
une ~ente ménagée dang une des feuille3 métallique~ de la ligne.
Au bout de quelques décharges, le fonctionnement du dispositif
décrit ci-dessus ne donne pas sati~faction, car il apparait des amorces
de court-circuit entre les ~euilles métalliques sur la tranche de
la percée. Ces amorces de court-circuit sont provoquées par des dépôts
métalliques libérés par les déoharge3 électriques. Pour essayer de
palller cet inconvénient, on a ménagé sur la plaque isolante des surfaces
circulaires disposées autour de la percée, ces surfaces n'étant pas
reoouvertes par les feuilles métalliques. On augmente ainsi un peu
la durée de fonctionnement correct du dispositif, mais au bout d'un
certain temps, les dépôts métalliques qui se produisent aus~i sur
ces sur~aceg annulaires arrivent à créer un film conducteur court-
circuitant les deux feuilles métalliques.
La présente invention a pour but de porter remède à cet
inconvénient et de réaliser un éclateur pour ligne électrique plate,
capable de fonctionner sans incidents au cours de nombreuses décharges
sucoessives.
~ a présente invention a pour ob~et un dispositif pour créer
une décharge électrique dans une ligne électrique plate comportant
une percée trans~ersale, cette ligne comprenant une plaque isolante,
une première feuille métallique appliquée sur une première face de ~ ;
: , ~ .: : ~ ;:
: . , , ~ .' :
... ... .
5~
: 3.
la plaque et une deuxième feuille métallique appliquée sur la deuxième
~ace de la plaque, le dispositif comprenant
- au moins une première électrode,
-une deuxième électrode opposée à ladite première électrode, cette
deuxième électrode étant disposée suivant un axe traversant la percée
perpendiculairement au plan de la plaque,
- une première pièce métallique disposée d'un premier côté de la ligne,
cette pièce étant en contact avec la première électrode et s'appuyant
sur la première feuille métallique suivant une première plage entourant
la percee,
- une deuxième pièce métallique disposée du deuxième côté de la ligne, ~;
cette pièce étant en contact avec la deuxième électrode et s'appuyant
sur la deuxième feuille métallique suivant une deuxième plage entourant
la percée, les première et deuxième pièces métalliques formant une
partie des parois d'une enceinte entourant immédiatement la percée
et l'espace compris entre les première et seconde électrodes,
- un générateur électrique haute tension dont les deux bornes sont : ;~
reliée re~pectivement à la première et à la seconde feuilles métalliques
de façon à charger les électrodes, ~:
20 - et des moyens pour déclencher une décharge électrique entre la première . :~
et la seconde électrodes,
caractérisé en ce que la deuxième électrode en contact avec la deuxième
pièce métallique traverse la percée du deuxième côté vers le premier
côté de la ligne sur toute l'épaisseur de la ligne, de sorte que l'extra-
25 mité de la deuxième électrode et l'extrémité oppo ée de ladite première
électrode sont situées dans l'enceinte au delà de la premiè~e feuille ~
métallique. ~:
~. . ~ - . .
.'; ' ' , ~. '. " ~ '; ' . ' ~ '' ,. ", ;
.' ' `, ' , ' ' 1 .
26 4-
Salon un mode préférentiel de réalisation, le dispositi~
comporte n premières électrodes (n étant un nombre entier supérieur
ou égal à 2) en contact électrique avec la première pièce métallique
et opposées à la deuxième électrode ; des moyens 30nt alors prévus
pour déclencher simultanément des décharges électriques entre d'une
part les n première~ électrode~ et d'autre part la deuxième électrode
qui comporte avantageusement n surfaces planes opposées respectivement
aux extrémité~ des n première~ électrodes.
Qu'il y ait une ou n première~ électrodes, elles seront
de pré~érence constituées par le culot métallique fileté d'une bougie
d'allumage munie d'une tige métallique axiale, cette tige étant reliée
mécaniquement au culot par un isolant ; chaque bougie d'allumage eqt
vis~ée dans la première pièce métallique et est associée à un circuit
électrique capable de déclenoher une décharge électrique entre sa
tiBe et 90n culot.
Selon ur. mode de réalisation partioulièrement avantageux
la position de chaque première électrode et la position de la seconde
électrode peuvent être modi~iées re~pectivement dans les première
et seconde pièces métalliques de manière à permettre un réglage de
la di~tance inter électrode~.
Des ~ormes particulières d'exécution de l'objet de la pré~ente
invention sont décrites ci-de sou à titre d'exemple, en référence
au des3in annexé dans lequel :
- la ~igure 1 représente en coupe un premier mode de réalisation
comportant une première électrode,
- la figure 2 représente en coupe un second mode de réalisation
comportant sept premières électrodes,
- la figure 3 est une vue en plan d'une pièce du dispositif
illustré par la fl~ure 2.
5.
Sur la figure 1 est repré~entée partiellement une ligne
électrique plate 1 comportant une plaque isolante 2 sur le~ faces
de laquelle sont appliquées respectivement deux feuilles métallique~ 3
et 4. Sur la plaque 1 est ménagée une percée transversale 5 par exemple
de section circulaire. Sur chaque face de la plaque 2 est ménagée
une sur~ace annulaire entourant immédiatement la percée 5 et non recou-
verte par la feuille métallique correspondante. Ainsi, ~ur la figure,
on peut voir que la sur~ace annulaire 6 n'est pas recouverte par la
feuille 3 et que la surface annulaire 7 n'est pas recouverte par la
Yeuille 4, les surfaces annulaires 6 et 7 étant opposées par rapport
au plan médian de la plaque 2.
Suivant un axe 34 perpendiculaire au plan de la plaque et
pa~sant par le centre de la percée 5, sont disposées deux électrodes
oppo~ées 8 et 9.
L'électrode 9 est ~ixée sur une pièce métallique 10 qui
~'appuie sur une plage 11 de la feuille métallique 4, cette plage
pouvant etre par exemple de forme annulaire. La plage annulalre ll
entoure immédiatement la ~urface annulaire 7 non recouverte par la ;~
feuille 4. De prérérence l'électrode 9 est fixée sur la pièce 10 de
façon amovible. Elle peut être fixée par vissage ~ur la pièce 10,
comme représenté.
Selon une dispo~ition de l'invention, l'électrode 9 en contact
avec la pièce 10 traverse la percée 5 sur toute l'épaisseur de la
ligne 1, de la feuille métallique 4 à la feuille ~étalllque 3, de
~orte que la face extrême 12 de l'électrode 9, oppo~ee à la face
extrême 13 de l'électrode 8, est située au delà de la face extérieure 14
de la feuille métallique 3.
Llélectrode 8 est ~ixéa de façon amovible sur une pièce
métallique 15 qui s'appuie sur une plage 16 par exemple annulaire
3o de la feuille métallique 3. La plage annulaire 16 entoure immédiatement
! , ' , . ~, ' ' ,,
" '
6.
la surface annulaire 6 non recouverte par la feullle métallique 3.
La ~ixation de l'électrode 8 sur la pièce 15 est de préférence efrectuée
de manière à permettre un déplaeement longltudinal de 1'électrode 8
par rapport à la pièce 16 selon l'axe 8.
L'électrode 8 est constituée par le culot; métallique tubulaire
d'une bougie d'allumage 17 pour moteur à explosion Dans ce cas, la
bou~ie 17 est vissée dans la pièce 15 préalablemenl; taraudée, de façon
à coopérer mécaniquement avec le filetage extérieur du culot de la
bougie. La bougie 17 est d'un type comportant une tige métallique
axiale 18 s'engageant lans le volume intérieur du culot 8 jusqu'à
la Pace extrême 13 de l'électrode, et un isolant 19 entourant la tige 18
sur une partie de la hauteur de sa surface cylindrique. Cet isolant
remplit le volume compris entre la surface cylindrique extérieure
de la tige 18 et la surface cylindrique intérieure du culot a.
Une rondella isolante 20, constituée par exemple de
polytétrafluoréthylène, peut être disposée sur la plaque 2 de façon
à recouvrir totalement la surface annulaire 6.
Comme représenté sur la figure 1, les pièces métalliques 10
et 15 appuyées respectivement sur les feuilles métalliques 4 et 3
forment avantageusement une enceinte 21 entourant la percée 5 et
l'espace compris entre le~ face~ extremes 12 et 13 des électrodes 9
et 8.
Les pièces métalliques 10 et 15 peuvent comporter des canali~
sation~ interne~ permettant de faire circuler un gaz à l'intérieur
de l'enceinte 21. Il a été représenté ainqi une canalisation 22 ménagée
dans l'épaiqseur de la pièce 10 et de l'électrode 9 et permettant
de faire entrer un gaz dans 1'enceinte 21 par la partie axiale de
l'électrode 9. Une canalisation 23 a été percée danq la pièce 15 pour
permettre au gaz de sortir de l'enceinte 21.
. : ~ ................ . .
' ' ' ' ' ', ,'~ ' : ~ '." ~. ' . ' `' ' " i,
-, , :: .
:~2~4~i
7-
L'étanchéité de l'enceinte 21 aux gaz de circulation est
réalisée à l'aide de joints toriques tels que 24 logés dans des rainures
des pièces métalliques et s'appuyant sur les plages annulaires des
Peuilles métalliques.
Les pièces métalliques lO et 15 sont appuyées sur la ligne
grâce à un support qui peut comprendre une partie métallique 25 fixée
sur la pièce 15 et une partie isolante 26 fixée sur la pièce 10. ~es
pièces 25 et 25 sont maintenues 1'une contre 1'autre qur une surface
commune 27 par des moyens de liaison mécaniques non représentés.
Les deux bornes d'un eénérateur électrique haute tension 28 :
sont connectées respectivement aux deux feuilles métalliques 3 et
4 de la ligne 1.
Les deux bornes de sortie d'une générateur d'impulsions
électriques 29 sont connectées respeotivement à l'électrode 8 et à
la tige 18 de la bougie 17.
Le dispo~itiP représenté sur la figure 1 Ponctionne de la : :~
manière suivante :
On règle d'abord la distance entre les électrodes en vissant -:
le culot 8 de la bougie 17 dans le logement taraudé ménagé dans la
pièce 15~ On relie ensuite l'orifice extérieur de la canalisation 22
à une source de gaz, par exemple à une bouteille d'alr comprimé et ~ `
on dispose à la ~sortie de la canalisation 23 une vanne réglable de
~açon que la pression d'air circulant dans l'enceinte 21 s'établisse
à la valeur désirée.
Les électrodes 8 et 9 se trouvent chargées à la diPPérence
de potentiel du générateur 28, puisque l'électrode 8 est connectée
à une borne de ce générateur par l'intermédiaire de la pièce 15 et
de la feuille 3, et que l'électrode 9 est connectée à l'autre borne
du générateur 28 par l'intermédiaire de la pièce lO et de la ~euille 4.
-
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8.
Bien entendu, la distance entre les électrodes a été réglée à une
valeur su~fisante pour empêcher toute décharge entre les electrodes.
On provoque alors l'émission d'une impulsion électrique
du générateur d'impulsions 29. Cette impulsion modifie l'état d'ionisation
du gaz situé à proximité de la face extrême 13 de :L'électrodes 8 et
déclenche par conséquent une décharge électrique entre lesi électrodes 8
at 9. La tige 18 de la bougie 17 joue donc le rôle d'une électrode
auxlliaire.
Chaque décharge électrique libère de la poussiere métallique
arrachée des électrodes. Cette poussière est violemment projetée en
dehors de l'espace entre les électrodes, sensiblement dans le sens
dei3 flèches 30 et 31. Cette poussière métallique se dépose donc sur
la paroi lnterne de }a pièce métallique 15 ou sur la surface plane
extérieure 32 de la rondelle 20. Il ne peut en résulter d'amorsage
entre les feuilles métalliques 3 et 4, puisque aucun dépôt métallique
ne se produit sur la tranche 33 de la percée 5 et a fortiori sur la
surface annulaire 7 de la plaque 2.
Le fait de di poser la rondelle 20 sur la surface annulaire 6
présente l'avantage de pouvoir facilement remplacer ou même nettoyer
cette rondelle car la poussière métallique adhère mal sur le polytétra-
fluoréthylène. Mai~ même dans le cas où cette rondelle n'est pas disposée
sur la surface 6, aucun amorçage électrique entre les deux feuilleis
métalliques n'est à craindre.
Ce résultat est atteint grâce à la disposition, selon l'invention,
des électrodes 8 et 9 par rapport à la ligne électrique, dans laquelle
l'espace entre les électrodes est situé d'un même oôté de la ligne 1,
c'est-à-dire comme représenté sur la figure 1, au-desi3us du plan de
la face extérieure 14 de la ~euille métallique 3.
.. . . .. . '.-.
, . i ~ ' ' ~ , , , . ` ' ' . :
~ZS~Z6
9.
3e plus, le dispositif représenté sur la figure 1 comportant
des électrode~ amovibles présente l'avanta~e de pouvoir remplacer
celles-ci facilement après usure. Les électrodes sont réalisées en
un métal spécial résistant aux décharges électriques. Les pièces métalli-
ques 10 et 15 peuvent être réalisées par contre en un métal conducteurélectrique ordinaire et par conséquent relativement bon marché.
La distance entre les électrodes peut être réglée très
facilement par vissage de l'électrode 8, ce qui permet de régler la
puissance de la décharge électrique.
10Enfin l'utilisation d'une bougie dont le culot con3titue
l'électrode mobile 8 présente l'avantage de disposer d'une pièce compacte
et peu onéreuse comportant à la fois une électrode principale et ~me
électrode auxiliaire nécessaire pour assurer le déclenchement de la
décharge, cette pièce compacte étant spécialement réalisée pour résister
aux déoharges électriques répétées.
Les figures 2 et 3 illustrent une variante de réalisation
permettant d'augmenter la puissance de la décharge électrique dans
la lig~e ; dans ces ~igures les références numérique~q des éléments
sont le~ mêmes que oelles de la figure 1 lorsque ces éléments 50nt .
identiques.
Ainsi, sur la Pigure 2 est représentée une ligne électrique
plate 1 disposée horizontalement et comportant une plaque isolante 2,
une feuille métalllque 3 appliquée sur la face supérieure de la plaque
et une feuille métallique 4 appliquée sur la ~ace in~érieure de cette
plaque. Sur la ligne 1 est ménagée une percée transversale 5 par exemple
de section circulaire.
Au-dessous de la ligne 1 est disposée une pièce métallique 10
qui 31 appuie sur une plage 11 de la feuille 4. La plage 11 entoure
lo~ :
la percée 5 et peut être de forme annulaire. Sur la partie centrale
de la pièce 10 est ~ixée par vissag0 une éleotrode 50 centrée sur
un axe 34 perpendiculaire au plan de la ligne et passant par le centre
de la percée 5. L'électrode 50 traverse la peroee 5 vers le côté supérieur
de la ligne, sur toute l'épaisseur de la ligne, de sorte que l'extrémité
de l'éleotrode 50 est située au-delà de la feuille métallique 3.
Une autre pièce métallique 51 est disposée au~dessus de
la ligne et s'appuie sur une plage 16 de la feuille 3. La plage 16
entoure la percée 5 et peut être opposée à la plage 11 comme représenté.
La pièce 51 qu'on peut voir en plan sur la ~lgure 3 comporte sept
ouvertures taraudée~ telles que 52, 53 ek 54, cette dernière ouver-
ture 54 étant centrée sur l'axe 34~ Les 8iX autres ouvertures sont
réparties en couronne autour de l'ouverture 54 à égale distance l'une
de l'autre.
Dan9 chaaune des sept ouvertures est fixée une électrode
qui peut etre du type bougie d'allumage. Par exemple, la bougie 55,
~ixée dans l'ou~erture centrale 54, comporte un culot métallique
~ileté 56 vissé dans l'ouverture taraudée 54, une tige métallique
axiale 57 et un isolant 58 reliant mécaniquement le culot 56 à la
tige 57. On a représenté également deux autres bougies 95 et 102 dont
les culots 93 et 92 sont respectivement vissés dans les ouvertures 53
et 52.
De préférence, les bougies sont du même type que celle illustrée sur
la rigure 1 : les extrêmités de la tige 57 et du culot 56 opposées ;~
25 à l'éleotrode 50 sont situées sensiblement dans un meme plan extreme 84,
l'isolant 58 s'étendant aussi ~usqu'au plan 84 de façon à remplir
tout l'espace compris entre la tige 57 et le culot 56. Les six bougies
périphériques entourant la bougie centrale 55 30nt disposées dans
L3~
,, 11.
la pièce 51 de façon que leurs axes ~assent avec l'axe 34 un même
ang1e prédéterminé. Cet angle est de préférence assez faible, de l'ordre
de dix degrés. Les sept bougies disposées de préférence à faible distance
l'une de l'autre, sont opposées à l'électrode 50 dont l'extrémité
comporte une ~urface plane centrale 59 et des surfaces périphériques
telles que 60 et 61 sensiblement plane~ et re~pectivement parallèles
aux faces extrêmes des 7 bougies.
De préférence la ~ace supérieure de la plaque isolante 2
comporte une surface annulaire 78 non recouverte par la ~euille métalli-
que 3. La sur~ace annulaire 78 est disposée entre la percée 5 et laplage 16 de la feuille 3. Une autre ~urface annulaire 79 non recouverte
par la feuille 4 et opposée à la surface 78 peut être prévue sur la
face inférieure de la plaque 2.
Une rondelle isolante 80 réalisée par exemple en polytétra-
fluoréthylène peut etre disposée sur la sur~ace 78 de ~açon ài la recouvrir
entièrement.
Avantageusement les piè¢es métalliques 10 et 51 ~orment
une enceinte 62 entourant la percée 5 et l'espace compris entre l'élec-
trode 50 et les sept bougies. Grâce à des canalisations telles que 63,
20 64 et 65 traversant les parois de l'enceinte 62, il est possible de
faire circuler un gaz dans cette enceinte. L'étanchéité au gaz est
assurée par des ~oints toriques tels que 66 et 67 logés dans des rainures
des pièce3 10 et 51 et s'appuyant sur les plages 11 et 16.
Les pièces métalliques 10 et 51 sont appuyées sur la ligne
par un support qui peut comprendre une partie métallique 68 ~ixée
sur la pièce 51 et une partie isolante 69 ~ixée sur la pièce 10. Les
pièces 68 et 69 sont appliquées l'une contre l'autre sur une sur~ace
commune 70 par des vis non visibles sur la figure.
: ' ~' . , ~. . ..
12.
Les deux bornes d'un générateur électrique haute tension 71
sont connectées respectivement aux deux ~euilles métalliques 3 et
da la ligne 1.
Une borne de sortie 72 d'un générateur 73 d'impulsions élec-
triques est connectée aux tiges métalliques telles que 57 dss septbougie~ et l'autre borne de sortie 74 de ce générateur est oonnectée
aux culots tels que 56, des sept bougies.
Le di~po~iti~ représenté sur la figure 2 fonctionne de la
manière suivante.
On règle d'abord la position axiale de chaque bougie, par
vis3age ou dévissage de son culot dans le logement taraudé corre~pondant
ménagé dans la pièce 51, de manière que les distance~ séparant l'extrémité
de chaque bougie et la sur~aoe plane opposée de l'électrode 50 soient
rigoureusement égales entre elles. On relie ensuite le~ orifioes extérieurs
des canalisations 63 et 64 à une source de gaz, par exemple à une
bouteille d'air comprimé et on dispose à la sortie de la canalisation 65
une vanne réglable de façon que la pre~sion d'air circulant dans
}'enceinte 62 s'établisse à la valeur désirée.
Les culots des sept bougies reliés électriquement à la pièce 51
et à la feuille 3 se trouvent portés par rapport à l'électrod~ 50
qui est reliée à la feuille 4 par la pièce 10, à une tension égale
la tension de sortie du générateur 71. Bien entendu la distance
entre l'électrode 50 et l'extrémité des bougies a été réglée à une
valeur suffisante pour empêcher toute décharge, dans ces conditions,
entre l'éleatrode 50 et les sept bougies.
Cn commande alors l'émi~sion d'une impulsion électrique
du générateur 73. Cette impulsion provoque des étincelles simultanément
à l'extrémité des ~ept bougias et entra~ne une ionisation du gaz de
"
, ":.:. ,:
S~Z6
13.
l'enceinte 62 au voisinage des ~aces extremes des bougies.
Il en résulte par consequant sept décharges électriques
simultanées entre d'una part respectivement les culots des sept bougies
et d'autre part l'électrode 50. En pratique, la simultanéité absolue
des étincelles apparaissant aux extrémités des sept bougies peut être
dans certains cas dif~icile à obtenir. Mais le type spécial de boueie
employé délivre une étincelle transversale par rapport à l'axe de
la bougie, cette étincelle s'établissant à l'extérieur de la bougie
le long de l'i~olant ; cette étincelle transversale provoque dans
le gaz de l'enceinte une ionisation qui se propage d'une bougie à
l'autre beaucoup plus ~acilement que l'ionisation provoquée par l'étincelle
axiale délivrée par les bougies du type classique utilisées dans les
moteurs à explosion. On sait que dans ces bougies olassigues, l'étincelle
éclate entre un prolongement axial du oulot et l'extrémité de la tige
métallique. De plua, la proximité et la disposition mutuelle des sept
bougie~ déorites plus haut Pavorisent aussi une propagation rapide
de l'ionisation du gaz de l'encelnte, d'une bougie à l'autre. Il en
résulte que, meme si le~ sept étincelles délivrée~ par les sept bougies
ne se produisent pas rigoureusement au meme instant, les sept décharges
entre leq culots des bougies et l'électrode 50 sont absolument simul-
tanées. Ces sept décharges se comportent en pratique comme une décharge
unique de ~orte puissance.
Cette décharge unique libère de la poussière métalLique
provenant de l'électrode 50 et des culots des sept bougies. Cette
poussière est violemment pro~jetée en dehors de l'espace oompri~ entre
l'électrode 50 et les sept bougies, ~ensible~ent dans le sens des
~lèches 75 et 76. On voit que cette poussière se dépose sur la paroi
interne de la pièce métaLlique 51. Des chicanes, telles que des protubé-
rances 77, sont disposées sur cette paroi interne à proximité de la
t , 1 ' ~ ' , , ' ~ "
' ' ~'' "'; ' ' :~' ' . '
z~
14.
ligne pour éviter les dépôts de poussière sur la ligne 1.
De toute façon, la poussière ~étallique qui pourrait venir
se déposer sur la ligne serait reçue sur la rondelle 80 qui peut etre
facilement nettoyée ou remplacée. Le dispositif selon l'invention
permet d'éviter les amorçages électriques qui pourraient être provoqués
par les dépôts de poussière métallique. En effet, aucun dépôt de poussière
métallique ne peut s'effectuer sur la surface annulaire 79 et sur
la tranche 83 de la plaque 2 située au bord de la percée 5.
Le dispositif ~elon l'invention peut etre appliqué au déclen-
chement d'une onde de courant progre~sive de très forte pui~sance
dan~ une ligne plate d'excitation d'un générateur laser à azote ou -
à halogénures de gaz rares.
